“金纳米结构+MXene层”助力无酶葡萄糖传感器实现优异的电化学性能
2024-08-11 15:31:27 来源：麦姆斯咨询 评论：0 点击：
MXene层上具有三维锥形顶点的金纳米结构（AuTN），可以有效增加比表面积和活性位点。聚集在玻碳电极（GCE）上的AuTN和MXene层的复合材料可以显著提高葡萄糖检测的电化学性能。
高血糖引起的糖尿病有许多并发症，包括心血管疾病、肾脏疾病和视力障碍。高效稳定的无酶血糖检测平台对糖尿病的监测具有重要的意义。
据麦姆斯咨询报道，近日，海南医科大学的研究人员在Sensors and Actuators Reports期刊上发表了题为“High electrochemical performance of glucose detection based on tapered gold nanostructures and MXene layers”的文章。在这项工作中，通过HCl/LiF刻蚀大规模制备了均匀的MXene单层，并在MXene层上电沉积了锥形金纳米结构（AuTN）。MXene层上具有三维锥形顶点的AuTN可以有效增加比表面积和活性位点。聚集在玻碳电极（GCE）上的AuTN和MXene层的复合材料可以显著提高葡萄糖检测的电化学性能。AuTNs/MXene/GCE修饰电极在0.1 nM - 10.0 mM范围内具有良好的线性，检测限（LOD）为1.43 nM，响应时间为1.0 s，在电化学检测中对葡萄糖表现出高灵敏度、良好的稳定性和高选择性。该修饰电极的高性能为葡萄糖电化学检测的无酶传感器提供了潜在的应用前景。
下图展示了该修饰电极的制造和检测过程。AuTN的电沉积是在不含有机试剂的溶液中进行的，可以避免表面活性剂，减少电化学检测过程中化学物质的干扰。具有高比表面积的电沉积AuTN均匀分布在整个衬底上，可以保护MXene层免受氧化，并增加葡萄糖的接触概率。同时，AuTN和GCE之间的高导电MXene层可以加速电荷转移能力，阐明了AuTNs/MXene/GCE检测葡萄糖的机理和电化学性能。
MXene单层的大规模制造和AuTNs/MXene/GCE修饰电极检测葡萄糖的机理示意图
下图为扫描电镜（SEM）图像，可以看出裸GCE和MXene/GCE上的金纳米结构有很大的形态差异。平坦和大尺寸的MXene层对电沉积Au纳米结构的形貌有很大影响。电沉积的金纳米颗粒（AuNP）均匀地分布在GCE衬底上。而MXene/GCE表面主要形成具有圆锥形顶点的锥形AuTN。
通过SEM比较AuNPs/GCE和AuTNs/MXene/GCE的形貌差异
MXene层不仅促进了大比表面积AuTN的形成，而且加速了AuTN与GCE之间的电荷转移。这两个因素对于电化学传感都非常重要。因此，AuTNs/MXene/GCE修饰电极在葡萄糖检测中表现出良好的电化学性能。该电极具有宽线性范围（0.1 nM - 10.0 mM，R² = 0.985）、低检测限（0.1 nM）和快速响应时间（1.0 s）。
通过微分脉冲伏安法（DPV）测量AuNPs/GCE和AuTNs/MXene/GCE两种修饰电极的灵敏度和检测限
实验结果表明，AuTNs/MXene/GCE修饰电极在电化学检测中对葡萄糖表现出良好的稳定性、高灵敏度和高选择性。
通过循环伏安法（CA）测量获得的I-t曲线，用于评估AuTNs/MXene/GCE修饰电极的重复性和稳定性
总而言之，基于AuTN和MXene层复合材料的高电化学性能无酶葡萄糖检测已经被开发出来。通过HCl/LiF蚀刻Ti₃AlC₂，制备了单层MXene，并通过滴铸法将其均匀地涂覆在GCE上。MXene层上电沉积的AuTN具有三维锥形顶点，增加了比表面积和活性位点。由于MXene层的高导电性和AuTN的高比表面积，催化葡萄糖氧化得到了有效改善，葡萄糖检测过程中的电化学性能得到了显著提高。AuTNs/MXene/GCE修饰电极具有宽线性范围（0.1 nM - 10.0 mM，R² = 0.985）、低检测限（0.1 nM）和快速响应时间（1.0 s）。AuTNs/MXene/GCE修饰电极对葡萄糖分子具有良好的稳定性、高灵敏度和高选择性，使其在电化学检测葡萄糖的无酶传感器中具有潜在的应用前景。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.snr.2024.100232
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